Przewodnik dostawcy rozwiązań w zakresie biogazu

Kazachstański przemysł drobiarski modernizuje się w celu zmniejszenia zależności od importowanych jaj i mięsa brojlerów, a duże zintegrowane kompleksy działają w pobliżu Ałmaty, Astany, Kostanaju i Pietropawłowska. Zimny klimat kontynentalny oznacza długie sezony grzewcze, a wysokie rachunki za energię, podczas gdy skoncentrowane kurniki produkują duże ilości obornika kur, który historycznie był suszony i sprzedawany jako nawóz. Niniejszy przewodnik przedstawia, w jaki sposób kompleksowy projekt przekształcania obornika kur w biogaz – skoncentrowany na zbiornikach GFS, fermentorze CSTR i dachu z podwójną membraną – pomaga kazachskim hodowcom drobiu przekształcać obornik w samowystarczalne ciepło i energię, jednocześnie spełniając krajowe przepisy środowiskowe.

Kazachstan hoduje setki milionów kur niosek i brojlerów każdego roku, a krajowy program bezpieczeństwa żywnościowego nadal wspiera nowe zintegrowane kompleksy na północy i południu. Pojedyncza nowoczesna ferma niosek może pomieścić od 50 000 do 150 000 ptaków, generując kilka ton obornika dziennie przez długą, zimną zimę, kiedy stosowanie na gruntach jest niemożliwe. W praktyce większość tego obornika jest składowana na zamarzniętej lub nieuszczelnionej ziemi w pobliżu farmy, a następnie wiosną rozrzucana na otaczających polach zbożowych i pastewnych. Z czasem powtarzające się nadmierne stosowanie wokół dużych kompleksów prowadzi do przeładowania składnikami odżywczymi w lokalnych glebach i wodach gruntowych, a odkryte pryzmy uwalniają amoniak i zapachy do pobliskich wsi. Jednocześnie kazachskie farmy wydają znaczne środki na gaz, węgiel lub energię elektryczną do ogrzewania kurników przez sześć miesięcy w roku, co czyni odpady drobiowe zarówno problemem regulacyjnym, jak i kosztowym w zakresie energii.

Przekształcanie obornika kur w biogaz zamienia sezonowy problem z utylizacją w całoroczne źródło energii. Ujęty metan zastępuje zakupione paliwo grzewcze dla kurników, inkubatorów i ubojni, co jest szczególnie cenne w długich zimach w Kazachstanie. Stabilizowany digestat zmniejsza obciążenie patogenami i zapachami, dzięki czemu skargi sąsiadów i kary regulacyjne znikają. Po separacji stało-ciekłej frakcja włóknista staje się zbywalnym nawozem organicznym do upraw zbożowych, ziemniaczanych i warzywnych, podczas gdy oczyszczony płyn można zwrócić na grunt w zbilansowanych dawkach agronomicznych. Łańcuch przetwarzania rozpoczyna się w kurniku: obornik jest zbierany, przepuszczany przez mechaniczny sitko do usuwania piór i ściółki, rozdrabniany i odpiaskowany przed przepompowaniem do zbiornika homogenizującego, który wyrównuje przepływ i temperaturę. Przygotowana zawiesina następnie zasila reaktor beztlenowy, a strawiony efluent przechodzi przez zbiornik buforowy i separator.

Ciągły mieszany reaktor zbiornikowy (CSTR) jest preferowaną technologią rdzeniową dla kazachstańskich kompleksów drobiarskich o dużej przepustowości. CSTR to proces obróbki beztlenowej, w którym substrat fermentacyjny i mikroorganizmy są w pełni mieszane w zamkniętym, izolowanym zbiorniku. Reaktor jest wyposażony w mechaniczne urządzenie mieszające – wał mieszadła, łopatki i jednostkę napędową – które utrzymuje gęstą, bogatą w ściółkę zawiesinę drobiową w stanie jednorodnym, rozbija pływające skorupy i zapobiega osadzaniu się piasku. Pasza jest wprowadzana półciągle, a w kontrolowanej temperaturze mezofilnej obornik i społeczność mikroorganizmów beztlenowych pozostają w dobrze wymieszanym stanie fermentacji, który skutecznie rozkłada materię organiczną. Naczynie CSTR zawiera również wlot paszy, punkt odprowadzania osadu, rurociąg biogazu oraz zabezpieczenie przed ciśnieniem dodatnim i ujemnym, wszystko zaprojektowane do bezpiecznego radzenia sobie z włóknistymi, bogatymi w azot odpadami drobiowymi w warunkach dużych wahań temperatury.

Biogaz opuszczający fermentor jest gorący, nasycony wodą i zawiera siarkowodór, który koroduje silniki i kotły. Gaz przechodzi zatem najpierw przez jednostkę odwadniającą w celu usunięcia wilgoci, a następnie przez jednostkę odsiarczającą w celu obniżenia zawartości siarki. Wentylator wspomagający przepycha przygotowany gaz przez przepływomierz do punktu wykorzystania. Kazachstańskie farmy zazwyczaj wybierają jedną lub więcej z czterech ścieżek: generator biogazu produkujący energię elektryczną na miejscu; kocioł spalający gaz bezpośrednio do ogrzewania używanego do ogrzewania kurników i dezynfekcji; system spalania zapewniający bezpieczne uwolnienie ciśnienia, gdy produkcja gazu przekracza zapotrzebowanie; oraz, w większych instalacjach, modernizacja do sprężonego gazu ziemnego o zawartości metanu powyżej 95% do paliwa pojazdów lub dostaw do sieci.

Zbiorniki GFS (Glass-Fused-to-Steel) są preferowanymi zbiornikami fermentacyjnymi i magazynowymi dla kazachstańskich biogazowni drobiarskich. Po wypaleniu w temperaturze 820–930°C stopione szkło reaguje z powierzchnią płyty stalowej, tworząc obojętną wiąź nieorganiczną, która łączy wytrzymałość i elastyczność stali z doskonałą odpornością na korozję amoniakiem, kwasami i wilgocią. Dwustronna powłoka 2C2F stosuje oddzielne wewnętrzne i zewnętrzne powłoki podkładowe i nawierzchniowe, a panele zbiornika wytrzymują rozszerzalność i kurczliwość termiczną klimatu kontynentalnego. Na fermentorze dach z podwójną membraną służy zarówno jako osłona przed warunkami atmosferycznymi, jak i elastyczny zbiornik gazu. W porównaniu z oddzielnym naziemnym zbiornikiem gazu, zmniejsza on bezpośrednio koszt dachu, zmniejsza ślad instalacji i oszczędza prace fundamentowe – co jest ważną zaletą na odległych terenach kazachstańskich, gdzie prace betonowe są kosztowne.

Center Enamel dostarcza rodzinę materiałów zbiornikowych, dzięki czemu każde zadanie otrzymuje odpowiedni zbiornik:

Zbiorniki ze stali szkliwionej (GFS): flagowe fermentory, zbiorniki buforowe i zbiorniki na odcieki z dwuwarstwowym systemem powłok 2C2F i globalnymi certyfikatami.

Zbiorniki ze stali ocynkowanej: oferują twardą, odporną na ścieranie, trwałą powłokę ochronną do ogólnego zbierania wody i wyrównywania.

Zbiorniki epoksydowe z wiązaniem fuzyjnym: opracowane z globalnym liderem w dziedzinie powłok dla zrównoważonej odporności na korozję w zastosowaniach o umiarkowanym obciążeniu.

Zbiorniki ze stali nierdzewnej: naczynia AISI 304/316 przeznaczone do wody o wysokiej czystości i najbardziej agresywnych strumieni.

Kompleksowy projekt biogazowy zależy od sprzętu pomocniczego w takim samym stopniu, jak od reaktora:

Zbiornik gazu buforuje przepływ gazu między wylotem reaktora a zapotrzebowaniem silnika lub kotła.

Czarna membrana pokrywa laguny magazynujące i polerujące ścieki, zapobiegając emisjom ucieczkowym.

Separator stało-ciekły produkuje włóknisty nawóz organiczny i łatwy do zarządzania strumień ciekły.

System palnika bezpiecznie utylizuje gaz rozruchowy lub nadmiarowy podczas konserwacji.

Pompa podnosząca bez zatykania przenosi obornik i osad między zbiornikiem homogenizującym, reaktorem i zbiornikiem buforowym.

Zbiornik do odwadniania i odsiarczania przetwarza surowy biogaz przed dotarciem do silników.

Wirówkowa maszyna do odwadniania osadów zmniejsza objętość osadów, co obniża koszty transportu i stosowania na gruntach.

Center Enamel dostarcza kompletne kompleksowe usługi, a nie pojedyncze urządzenia:

Usługa EPC: jeden odpowiedzialny partner od projektowania procesu po nadzór nad instalacją i uruchomienie.

Pakiet procesowy: zbilansowane wstępne przetwarzanie, CSTR, gospodarka gazowa i przetwarzanie digestatu dostosowane do dziennej ilości obornika.

Dostawa sprzętu: zbiorniki GFS, dachy z podwójną membraną, zbiorniki gazu, separatory, pompy i maszyny do odwadniania w jednym harmonogramie dostaw.

Certyfikowana budowa: produkcja ISO 9001, z referencjami CE/EN1090, NSF61, WRAS i EN28765 oraz projektami zgodnymi z AWWA D103, OSHA, EN28765 i EuroCode.

Sprawdzona skala: baza badawczo-rozwojowa i produkcyjna o powierzchni 150 000 m², zdolność produkcyjna 250 000 arkuszy rocznie, ponad 500 pracowników i referencje w ponad 100 krajach.

Doświadczenie w zimnym klimacie: izolacja, ogrzewanie i szczegóły fundamentów dostosowane do długich, surowych zim Azji Środkowej.

Kazachstański sektor drobiarski znajduje się pod presją z dwóch stron: skoncentrowany obornik kurzy, którego nie można bezpiecznie stosować przez cały rok, oraz drogie paliwo grzewcze podczas długich zim. Kompleksowa instalacja do przekształcania obornika kur w biogaz, oparta na zbiornikach GFS, fermentorze CSTR i dachu z podwójną membraną, rozwiązuje oba problemy jednocześnie – produkując ciepło i energię na miejscu, recyklingując składniki odżywcze z powrotem na pola uprawne oraz redukując zapachy i zanieczyszczenie wody. Z doświadczonym dostawcą rozwiązań biogazowych kazachstańscy integratorzy mogą przekształcić swój największy strumień odpadów w strategiczny zasób energetyczny.

P1: Jak niską temperaturę może tolerować fermentor CSTR bez zewnętrznego ogrzewania? 

Nieogrzewany fermentor zwolni do prawie zatrzymania poniżej około 15°C. W zimnym klimacie reaktor musi być izolowany i ogrzewany do zakresu mezofilnego, zazwyczaj 35 ± 2°C, przy użyciu biogazu z samej instalacji, gdy tylko zacznie działać.

P2: Czy obornik kurzy można współfermentować z innymi odpadami rolnymi? 

Tak. Obornik kurzy jest często mieszany z resztkami pożniwnymi, młótem browarnianym lub innym obornikiem zwierzęcym w celu zbilansowania stosunku węgla do azotu, wilgotności i wydajności biogazu. Wysoka zawartość azotu w oborniku kurzym sprawia, że jest on dobrym ko-substratem dla substratów bogatych w węgiel.

P3: Co dzieje się z digestatem w miesiącach mroźnych? 

Płynny digestat powinien być przechowywany w wyłożonych, zadaszonych zbiornikach lub lagunach (często przykrytych czarną membraną) do czasu roztopów, a następnie stosowany wiosną w dawkach agronomicznych. Stały, włóknisty digestat można składować pod zadaszeniem i wykorzystywać jako polepszacz gleby przez cały rok.